在材料科學(xué)的最新突破中，美國加州理工學(xué)院的研究人員揭示了“多鏈架構(gòu)材料”（PAMs）的非凡特性。這種創(chuàng)新物質(zhì)能夠在特定條件下展現(xiàn)出流體般的流動(dòng)性，而在其他環(huán)境下則表現(xiàn)出固體的穩(wěn)定性，為多個(gè)科技領(lǐng)域帶來了革命性的潛力。
不同于傳統(tǒng)晶體中固定粒子的排列，PAMs由相互纏繞的環(huán)或籠狀結(jié)構(gòu)組成，其內(nèi)部元素間的相互作用更加動(dòng)態(tài)。為了將這一設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，研究團(tuán)隊(duì)利用了先進(jìn)的3D打印技術(shù)，使用丙烯酸聚合物、金屬等多種材料，成功制造出直徑約5厘米的小型立方體或球體原型。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員對(duì)這些原型進(jìn)行了多種應(yīng)力測(cè)試，以觀察其反應(yīng)。據(jù)博士后學(xué)者周文杰介紹，測(cè)試從逐漸增加壓力開始，隨后施加簡(jiǎn)單的剪切力，最后進(jìn)行流變學(xué)測(cè)試，觀察材料在扭轉(zhuǎn)作用下的行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，PAMs能夠根據(jù)所受的應(yīng)力在流體和固體狀態(tài)之間靈活切換。
在剪切應(yīng)力下，PAMs的內(nèi)部組件像鏈條一樣相互滑動(dòng)，表現(xiàn)出“零阻力”的流體特性；而在壓縮應(yīng)力下，這些結(jié)構(gòu)則變得完全剛性，展現(xiàn)出固體的穩(wěn)定性。Daraio教授將PAMs描述為“一種真正的新型物質(zhì)”，它結(jié)合了固體晶格和顆粒材料的特性，填補(bǔ)了兩者之間的空白。
PAMs不僅具有獨(dú)特的物理特性，還擁有高度的可定制性。通過改變形狀或晶格連接方式，可以直接影響材料的行為，使其在不同條件下始終表現(xiàn)出流體和固體之間的過渡特性。Daraio教授強(qiáng)調(diào)，PAMs的研究具有重要的科學(xué)意義，它代表了一個(gè)“令人著迷的前沿領(lǐng)域”，可能重新定義科學(xué)和工程中的材料分類和特性。
在應(yīng)用方面，PAMs的潛力同樣令人矚目。由于其獨(dú)特的能量吸收特性，PAMs在防護(hù)裝備和包裝材料中具有超越現(xiàn)有泡沫材料的潛力。每個(gè)元素都可以相對(duì)滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和重組，從而非常高效地耗散能量。PAMs還能對(duì)環(huán)境刺激作出主動(dòng)反應(yīng)，如電荷和物理力的作用會(huì)導(dǎo)致其膨脹或收縮，這一特性為生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的可能性。
這項(xiàng)研究成果已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，題為《3D多鏈架構(gòu)材料》。PAMs的發(fā)現(xiàn)不僅為材料科學(xué)領(lǐng)域帶來了新的研究方向，也為多個(gè)科技領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。
